Poliklorlu Bifeniller (PCB):

A Figura 3.15 mostra o esquema da nodalização desenvolvida para simular o RMB no RELAP5 e a Tabela 3.6 mostra a correspondência entre os principais componentes deste esquema com sua identificação e numeração. A piscina do reator foi modelada utilizando dois pipes (componentes 100 e 130) composto por 20 volumes cada um, onde cada volume tem 0,6 m de altura, totalizando 12 m de altura. O calor gerado pelo núcleo em um lado da piscina (componente 100) permite a circulação de água através de junções (115) que conectam ao outro lado da piscina (componente 130). Foi simulada também a piscina de serviço (componente 150) utilizando um tubo vertical de 12 volumes, onde os 4 primeiros tem 0,65 m de altura e os demais 0,6 m, totalizando

7,4 m. A piscina de serviço está conectada à piscina do reator (lado de número 130) através de junções (155). Para representar o topo da piscina foi utilizado um componente branch (componente 140), o qual conecta os dois tubos representando a piscina do reator (componentes 100 e 130) e a piscina de serviço (componente 150) à atmosfera. O componente 140 tem 0,6 m de altura, completando os 12,6 m de profundidade da piscina do reator e os 8 m de profundidade da piscina de serviço. O componente 190 (volume dependente do tempo) é responsável por simular a atmosfera.

Tabela 3.6 Principais componentes da nodalização e suas respectivas numerações.

Componentes Número identificador

Piscina do reator 100 e 130

Sistema de refrigeração das piscinas do reator e de serviço (RSPCS)

201-239

Núcleo do reator 316

Chaminé do reator 340

Sistema de refrigeração do primário (PCS) 400-460

Tanque de água pesada 500

Sistema de refrigeração do refletor (RCS) 500-530 Válvulas de circulação natural (Flap Valves) 364 e 367

Válvulas quebra-sifão 243, 363 e 353

Simulador da atmosfera na piscina 190

Tanque de decaimento do PCS 402-406

Tanque de decaimento do RSPCS 222-226

Bombas do PCS 410 e 412

Bomba do RSPCS 230

Parte primária do trocador de calor do f PCS 430 Parte secundária do trocador de calor do PCS 800-820 Parte primária do trocador de calor do RSPCS 234 Parte secundária do trocador de calor do RSPCS 700-720 Parte primária do trocador de calor do RCS 530 Parte secundária do trocador de calor do RCS 900-920

As perdas de carga (número de Reynolds) utilizadas nesta nodalização estão apresentadas na Tabela B1 do Apêndice B.

O sistema de refrigeração das piscinas do reator e de serviço (Reactor and

Service Pools Cooling System - RSPCS) é responsável por remover calor dos rigs –

locais onde são colocados elementos para irradiação – de irradiação na piscina do reator e o calor de decaimento dos elementos combustíveis usados que ficam estocados na piscina de serviço. O sistema compreende dois tubos dentro da piscina, o tubo de refrigeração de longo prazo da piscina (componente 202) e o tubo 204 que simula os

rigs de irradiação dentro do tanque de água pesada. Esses dois tubos saem da piscina do

reator a 7 m de altura em relação ao fundo da mesma. Os componentes que se encontram fora da piscina do reator são os componentes com numeração de 201 a 239. As válvulas 209 e 211 funcionam como válvulas three-way, quando uma delas estiver aberta, a outra estará fechada e assim se define de onde esse circuito vai retirar a água da piscina para ser refrigerada. Em operação normal - circulação forçada - a água da piscina entra nos rigs de irradiação através do tubo 204, segue pelo tubo 208 e passa pela válvula 211, onde se encontra aberta e segue passando pelo tanque de decaimento de nitrogênio do circuito da piscina (simulado pelos componentes 222 a 226). De acordo com o Prymary Safety Analysis Report - PSAR (ANSTO, 2001), o operador é que muda a posição das válvulas para ligar o sistema de refrigeração da piscina de longo prazo. Porém, nesta simulação, foi utilizado um comando para ligar este sistema. Quando a temperatura da água da piscina (componente 100) no volume 10 (~ 6,3 m) alcança o valor de 313 K (40º C) o sistema de refrigeração da piscina de longo prazo entra em operação fechando a válvula 211 e abrindo a válvula 209 automaticamente e assim, fazendo com que interrompa a sucção de água dos rigs de irradiação e começe a sucção de água de um ponto logo acima do núcleo do reator, onde nesta nodalização foi conectado ao componente 320. A bomba de recirculação (componente 230), o trocador de calor (primário- 234 e secundário- 710) e alguns tubos estão localizados a 5 m abaixo do nível da piscina, como descreve o PSAR do OPAL. A água refrigerada que sai do trocador de calor passa por um longo tubo vertical (componente 238) conectado a um tubo também vertical (componente 460) que se conecta ao nível 1 de um lado da piscina do reator (componente 130) e assim finalmente fechando o circuito.

O Sistema de Refrigeração do Primário (Primary Cooling System - PCS) compreende o reator (componentes 300-360), um tanque de decaimento de nitrogênio- 16 (componentes 402-406), duas bombas de circulação do primário (componentes 410 e 412) conectadas em paralelo, trocador de calor (primário - 430 e secundário - 810), válvulas (componentes 407, 409, 423 e 425) e alguns tubos. As bombas de recirculação e o trocador de calor estão localizados a 5 m abaixo do nível da piscina, de acordo com o PSAR do reator OPAL. Os componentes com numeração de 300 a 360 (reator) estão localizados dentro da piscina e os componentes com numeração de 400 a 455 estão localizados fora da piscina.

O componente 300 é o cárter de entrada, o qual conduz a água leve até o núcleo (componente 316). O núcleo tem um único canal termo-hidráulico, o qual é dividido axialmente em 5 volumes. Durante a operação normal, 10 % da água da piscina entra pela chaminé (componente 340) e se junta à água quente que sai do núcleo através do componente 330 através do qual é conduzida para o componente 350.

O Sistema de Refrigeração do Refletor (Reflector Coolant System - RCS) é composto pelo tanque de água pesada (componente 500), dois componentes

dependentes do tempo (510 e 520), uma válvula (525) para esvaziamento do tanque e um trocador de calor (primário - 530 e secundário - 910). O tanque de água pesada foi simulado usando um pipe com uma fonte de calor (6% da potência total) (ANSTO, 2001) conectado aos volumes 2 e 3 da piscina do reator (componente 100).

A circulação natural é estabelecida pela abertura das seguintes válvulas: 363 e 364, localizadas a 7,0 m, e 367 localizada a 5,8 m de altura. Essas válvulas podem ser abertas quando as bombas do circuito de refrigeração do primário falharem ou forem desligadas, provocando diminuição na vazão de entrada do núcleo que, consequentemente, ativa o sistema de desligamento do reator. Nesta nodalização são utilizadas dois tipos de válvulas, trip valve e check valve. Para simular o efeito quebra sifão (quando entra ar na válvula e ela para de sugar o fluido) na válvula de circulação natural foi utilizada uma válvula do tipo trip (363), a fim de mitigar acidentes do tipo LOCA, evitando que o nível da piscina do reator baixe de aproximadamente 7 m. Essa válvula funciona através de um comando estabelecido pelo usuário do código. Neste caso, foi definido que a válvula 363 será aberta se o nível de água da piscina do reator chegar ao volume 12 (~ 7,2 m). Já as válvulas 364 e 367 são do tipo check, e são efetivamente responsáveis pelo estabelecimento da circulação natural na piscina do reator. Esse tipo de válvula funciona por diferença de pressão entre os componentes nela conectados, ou seja, se, por exemplo, a pressão média entre os volumes 12 e 13 da piscina do reator (componente 130) for maior do que a pressão no componente 362, a válvula 364 abrirá. O contrário fará com que a válvula permaneça fechada, e isso ocorre quando o reator está em funcionamento normal (circulação forçada). Para evitar que o nível de água da piscina do reator se aproxime do núcleo em caso de LOCA, à saída do circuito do primário e também à saída do RSPCS, foram introduzidas válvulas (353 e 243) do tipo trip com a finalidade de simular o efeito quebra sifão. A válvula 353 foi conectada ao componente 352, o qual está conectado ao componente 350 que se encontra na saída da piscina, a aproximadamente 7 m de altura. A válvula 243 foi conectada ao componente 242 que está conectado ao componente 204, evitando que o nível de água da piscina baixe também.

As Tabelas 3.7, 3.8 e 3.9 apresentam as principais características geométricas das piscinas do reator e de serviço utilizadas na nodalização do RMB.

O modelo de bomba é implementado no RELAP5 em equações de campo unidimensionais onde o recalque da bomba (altura manométrica) é calculado como função da vazão e da velocidade da bomba. O recalque desenvolvido pela bomba é dividido igualmente entre as junções de sucção e de descarga que estão conectadas ao restante do sistema. O torque total da bomba é usado para dois propósitos no modelo de bomba. Primeiro, é usado para calcular a velocidade da bomba se alguma opção de trip, corte da energia elétrica da mesma, é utilizado. Segundo, é usado para calcular a dissipação de energia pela bomba (produto do torque pela velocidade da bomba).

Tabela 3.7 Dimensões das piscinas do RMB.

Piscina do reator

Vista superior Circular

Diâmetro 5,60 m

Comprimento 12,60 m

Piscina de serviço

Vista superior Retangular

Largura 4,70 m

Comprimento 5,50 m

Profundidade 8,00 m

Canal de ligação entre as piscinas

Vista Superior Retangular

Largura 1,00 m

Comprimento 1,50 m

Profundidade 4,90 m

Tabela 3.8 Área de escoamento do fluido nas piscinas do RMB.

Piscina do reator

Componente 100* Área de escoamento (m2)

100 01 9,0416 100 02 8,6844 100 03 5,4923 100 04 5,3694 100 05 11,9434 100 06 11,9611 100 07 11,7039 100 08 11,2464 100 09 11,9002 100 10 11,7741 100 11 11,9160 100 12 11,5169 100 13-20 12,3150

Piscina de serviço e canal de ligação entre piscinas

Componente 150 Área de escoamento (m2)

150 01-04 25,85

150 05-12 86,50

Tabela 3.9 Principais características dos componentes referentes às piscinas do RMB. Componente Tipo Nº de Volumes Orientação Comprimento de cada volume (m) 100 Pipe 20 Vertical 0,60 130 Pipe 20 Vertical 0,60 140 Branch 1 Vertical 0,60 150 Pipe 12 Vertical 0,60 190 Tmdpvol 1 - -

A Tabela 3.10 apresenta os principais dados do modelo de bomba hidráulica utilizados nesta nodalização. Ainda não foram definidos os dados de bomba que serão utilizados para o projeto do RMB, portanto, o modelo de bomba utilizada foi estimado.

Tabela 3.10 Principais dados referentes a bomba utilizados no modelo do RMB.

Área de vazão do volume (m2) 0,3391

Velocidade de rotação da bomba (rad/s) 338,4

Vazão na bomba (m3/s) 0,417

Altura manométrica (m) 22,0

Torque da bomba (N.m) 175,15

Momento de inércia (kg.m2) 40,0

A Figura 3.16 mostra de perfil o desenho do núcleo do RMB, destacando o comprimento total do elemento combustível (0,85 m) e seu comprimento ativo (0,615 m).

Figura 3.16 Perfil do núcleo do RMB. Fonte: Adaptado de (CNEN, 2012).

A Tabela 3.11 mostra os dados geométricos, hidráulicos e sobre as estruturas de calor utilizadas no input do RELAP5 para o núcleo do reator (componente 316).

Tabela 3.11 Região do núcleo – Componente 316.

Dados hidráulicos do núcleo

Tipo Pipe

Nº de volumes 5

Área de contorno (m2) 0,0376

Área de escoamento nos combustíveis (m2) 0,0843

Área de escoamento total (m2) 02 até 04 0,1569 01 e 05 0,2204 Comprimento de cada volume (m) 02 até 04 0,2050 01 e 05 0,1000

Perímetro molhado (m) 82,703

Perímetro para cada placa combustível (m) 32,060

Perímetro de contorno do núcleo (m) 40,400

Diâmetro hidráulico (m) 02 até 04 0,0075

01 e 05 0,4693

Orientação 90°

Vazão mássica (kg/s) 750

Estrutura de calor do núcleo

Pontos de malha 3

Intervalo entre os pontos de malha (mm)

0,370 (1º intervalo) 0,305 (2º e 3º intervalos)

Geometria da estrutura de calor retangular